KR101866788B1 - 반도체 배관 용접용 용접팁 가공방법 - Google Patents

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보은에스앤씨 주식회사
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Abstract

본 발명은 반도체 배관 용접용 용접팁 가공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 공정에서 사용되는 클린가스와 같은 특수가스를 사용하기 위한 특수재질의 파이프를 용접할 때 용접품질을 떨어뜨리지 않으면서 저렴한 비용으로 대량 가공할 수 있는 반도체 배관 용접용 용접팁 가공방법에 관한 것이다.

Description

반도체 배관 용접용 용접팁 가공방법{Welding tip processing method for semiconductor pipe welding}
본 발명은 반도체 배관 용접용 용접팁 가공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 공정에서 사용되는 클린가스와 같은 특수가스를 사용하기 위한 특수재질의 파이프를 용접할 때 용접품질을 떨어뜨리지 않으면서 저렴한 비용으로 대량 가공할 수 있는 반도체 배관 용접용 용접팁 가공방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 웨이퍼나 레티클 등의 클린 룸(clean room) 내에서 취급하는 공작물(workpieces)은 SMIF(Standard Mechanical Interface) 포드, FOUP(Front Opened Unified Pod) 등의 컨테이너에 수용되어 반송과 보관이 이루어지며, 또한 반도체 공정 수행을 위해 특수가스, 이를 테면 클린가스나 특수약품이 사용되는데, 이러한 특수가스나 특수약품은 배관을 통해 공급된다.
그런데, 이와 같은 반도체 공정에 설치되는 배관은 특수가스나 특수약품, 특히 NF3, 실란가스 등을 처리해야 하기 때문에 SUS316을 비롯한 SUS316L과 같은 특수재질의 파이프로 가공된 배관이 사용되므로 이를 통상 '반도체 배관'이라 칭하고 있다.
이러한 반도체 배관은 플랜트 설비에 준하는 시설로서, 메인파이프가 설치된 후 장비에 맞춰 부속파이프가 용접되는 형태로 레이아웃을 잡게 된다.
이와 같은 용접작업은 특수배관이라는 점 때문에 매우 까다롭고 어려울 뿐만 아니라, 클린설비에 해당하므로 매우 정밀한 용접이 이루어져야 한다.
이때, 용접을 위해 용접팁을 사용하게 되는데, 종래 용접팁은 특수용접이다 보니 전량 해외에서 수입하고 있는 실정이다.
더구나, 수입되는 용접팁은 텅스텐과 같은 특수재질로 된 대략 10cm 길이로 단부가 원추형상으로 균일하게 깍여 있는 형상이다.
그런데, 이러한 용접팁은 원추형상의 단부가 마모되면 사용하지 못하고 신품으로 교체해야 하는데, 길이 대비 효율성이 매우 떨어져 비용낭비가 매우 크다는 단점을 가지고 있다.
때문에, 마모된 부분을 그라인딩하여 사용하기도 하지만 특수 가공된 표면 구조를 가져야 하기 때문에 자칫 잘못 그라인딩할 경우 용접 불량에 따른 엄청난 손실을 초래하므로 작업현장에서는 아예 신품으로 교체 사용하고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1679734호(2016.11.21.) '퍼지 기능을 구비한 스토커와, 스토커 유닛 및 클린 가스의 공급 방법' 대한민국 등록특허 제10-1807822호(2017.12.05.) '퍼지 장치 및 퍼지 방법' 대한민국 공개실용 제20-2018-0000084호(2018.01.05.) '배관용 퍼지장치'
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 반도체 공정에서 사용되는 클린가스와 같은 특수가스를 사용하기 위한 특수재질의 파이프를 용접할 때 용접품질을 떨어뜨리지 않으면서 저렴한 비용으로 대량 가공할 수 있는 반도체 배관 용접용 용접팁 가공방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 용접팁 재료(WD)의 일단을 고정하는 회전대(100)를 구비하고, 상기 회전대(100)는 고정블럭(110) 상에 구동원을 통해 150rpm으로 회전되게 고정되며, 상기 고정블럭(110)은 작업대(120) 상에 볼스크류를 통해 직선왕복운동 가능하게 조립되고, 상기 작업대(120)의 전방에는 간격을 두고 'L'형상의 블럭인 가공대(130)가 설치되며, 가공대(130)의 바닥면에는 그라인딩유닛(140)이 볼스크류 결합되어 길이방향을 따라 이동가능하게 구비되고, 상기 그라인딩유닛(140)에는 300rpm으로 회전되는 팁가공날(150)이 구비되며, 상기 팁가공날(150)은 인조다이아몬드를 포함한 고경도 텅스텐 소재를 커팅하는 원판형 칼날로서 일정각도를 갖고 경사지게 배치되고, 상기 작업대(120)와 가공대(130) 사이에는 고정대(160)가 설치되며, 상기 고정대(160)에는 커팅실린더(162)와 상기 커팅실린더(162)로부터 출몰되는 실린더로드(164)와 상기 실린더로드(164)의 상단에 고정된 커팅모터(166) 및 상기 커팅모터(166)에 결합되어 회전되는 원판형태의 다이커터(168)가 구비되고, 상기 고정대(160)의 상면에는 서로 간격을 둔 한 쌍의 파지구(170)가 고정되며, 상기 파지구(170)는 'U' 형상으로 이루어져 가공대상 용접팁 재료(WD)를 고정하고, 상기 회전대(100)와 파지구(170) 사이의 위치 상방에는 하방으로 인출입되면서 상기 가공대상 용접팁 재료(WD)를 선택적으로 고정하는 고정구(180)가 더 설치되며, 상기 고정구(180)는 '∩'형상을 갖고 고정구작동실린더(182)에 의해 상하 이동가능하게 구성되어 하강시 가공대상 용접팁 재료(WD)를 누를 수 있게 구성되고, 상기 가공대상 용접팁 재료(WD)의 선단 직상방에는 용접팁의 표면조도를 촬상하기 위한 카메라(200)와 상기 카메라(200)가 촬상한 이미지를 저장하는 메모리를 포함한 컨트롤러(210)가 구비되며, 상기 카메라(200)는 스테레오 카메라이고, 상기 가공대(130)의 수직부분에는 취출실린더(300)가 경사 가이드인 취출대(310)를 승강시킬 수 있도록 구성되는 설비를 이용하여 반도체 배관 용접용 용접팁을 가공하는 방법에 있어서;
봉상의 용접팁 재료(WD) 일단을 회전대(100)에 고정하는 세팅단계; 회전대(100)를 이동시켜 세팅된 가공대상 용접팁 재료(WD)가 가공위치의 'U'형 파지구(170)에 안착되게 하는 배치단계; 용접팁 재료(WD)가 가공위치에 배치되면 그라인딩유닛(140)으로 그라인딩하여 용접팁을 형성하는 단계; 그라인딩이 완료된 용접팁의 표면조도를 확인하기 위해 용접팁 표면을 카메라(200)로 촬영하는 단계; 촬영된 영상을 컨트롤러(210)가 기준 영상과 비교 판독하는 단계; 판독결과 기준 영상에 미달하면 용접팁 형성단계로 복귀하여 다시 그라인딩하고, 기준 영상에 도달하면 가공품을 파지함과 동시에 취출실린더(300)가 취출대(310)를 상승시키는 단계; 가공품이 파지되면 용접팁과 간격을 둔 지점의 가공품을 다이커터(168)로 커팅하는 단계; 커팅이 완료되면 취출대(310)를 하강하고, 파지를 해제하는 단계; 파지가 해제되면 작업종료 여부를 확인하여 연속작업이면 가공위치 이동단계로 복귀하고, 마감작업이면 작업상태를 완전히 종료하는 단계;로 이루어지며,
상기 파지구(170)의 슬립성, 내화학성과 내구성를 높이기 위해 상기 파지구(170)의 표면에 강화코팅층을 더 형성하되,
상기 강화코팅층은 육수화질산아연(Zn(NO3)2ㆍ6H2O) 4.5중량%, 0.1㎛ 미만의 입도를 갖는 알로펜(Allophane) 분말 3.5중량%와, 폴리우레탄수지를 데실에테르로 수용화시킨 수지액 10.5중량%와, 아세트산나트륨(CH3COONaㆍ3H2O) 3.5중량%와, 포름산 2.5중량%와, 0.1㎛ 미만의 입도를 갖는 산화지르코늄 분말 5.5중량%와, 티오시안구리 4.5중량%와, MEHEC(methylethylhydroxyethylcelluloe) 4.5중량%와, 수지-실리카 복합물 10.5중량%와, Ti를 함유한 폴리실록산 15.5중량% 및 나머지 폴리카보네이트 수지로 이루어진 코팅액이 코팅되어 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 배관 용접용 용접팁 가공방법을 제공한다.
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본 발명에 따르면, 반도체 공정에서 사용되는 클린가스와 같은 특수가스를 사용하기 위한 특수재질의 파이프를 용접할 때 용접품질을 떨어뜨리지 않으면서 저렴한 비용으로 대량 가공할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 배관 용접용 용접팁 가공방법을 보인 예시적인 플로우챠트이다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 배관 용접용 용접팁 가공방법을 구현하기 위한 용접팁 가공장치의 모식도이다.
도 3은 도 2의 용접팁 가공장치를 구성하는 요부들의 예시적인 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 가공방법에 의해 가공되는 용접팁의 그라인딩 모양을 보인 예시도이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 배관 용접용 용접팁 가공방법은 봉상의 용접팁 재료(WD) 일단을 회전대(100)에 고정하는 세팅단계; 회전대(100)를 이동시켜 세팅된 가공대상 용접팁 재료(WD)가 가공위치의 'U'형 파지구(170)에 안착되게 하는 배치단계; 용접팁 재료(WD)가 가공위치에 배치되면 그라인딩유닛(140)으로 그라인딩하여 용접팁을 형성하는 단계; 그라인딩이 완료된 용접팁의 표면조도를 확인하기 위해 용접팁 표면을 카메라(200)로 촬영하는 단계; 촬영된 영상을 컨트롤러(210)가 기준 영상과 비교 판독하는 단계; 판독결과 기준 영상에 미달하면 용접팁 형성단계로 복귀하여 다시 그라인딩하고, 기준 영상에 도달하면 가공품을 파지함과 동시에 취출실린더(300)가 취출대(310)를 상승시키는 단계; 가공품이 파지되면 용접팁과 간격을 둔 지점의 가공품을 다이커터(168)로 커팅하는 단계; 커팅이 완료되면 취출대(310)를 하강하고, 파지를 해제하는 단계; 파지가 해제되면 작업종료 여부를 확인하여 연속작업이면 가공위치 이동단계로 복귀하고, 마감작업이면 작업상태를 완전히 종료하는 단계;로 이루어진다.
이때, 상기 세팅단계는 도 2에서와 같이, 용접팁이 가공되지 않은 봉상 그대로 입수된 가공대상 용접팁 재료(WD)를 회전대(100)에 일단을 고정하는 과정을 포함한다.
이 경우, 상기 회전대(100)는 고정블럭(110) 상에 모터 등의 구동원에 의해 회전가능하게 고정되며, 상기 고정블럭(110)은 작업대(120) 상에 볼스크류를 통해 직선왕복운동 가능하게 조립된다.
따라서, 상기 회전대(100)는 상기 고정블럭(110)과 함께 작업대(120)에서 선상으로 리니어하게 움직일 수 있으며, 이동거리를 정밀하게 조절할 수 있다.
특히, 상기 회전대(100)는 대략 150rpm의 속도로 회전되면서 이에 고정되어 있는 가공대상 용접팁 재료(WD)를 함께 회전시킨다.
뿐만 아니라, 상기 가공대상 용접팁 재료(WD)는 후단 일부만 바이트(Bite)되기 때문에 가공부인 용접팁 부분을 손상시키는 일은 없으며, 또한 이렇게 가공하는 이유는 보통 길이가 긴 봉상의 가공대상 용접팁 재료(WD)를 자동용접기에 장착할 수 있는 최소한의 길이를 갖도록 다수개로 분할 커팅하여 하나의 가공대상 용접팁 재료(WD)를 5-8개가 되게 함으로써 비용을 절감하고, 가공품질은 유지하여 효율화를 높이도록 하기 위함이다.
또한, 상기 작업대(120)의 전방에는 이와 간격을 두고 가공대(130)가 설치된다.
상기 가공대(130)는 'L'형상의 블럭으로서, 바닥면에는 그라인딩유닛(140)이 볼스크류 결합되어 상기 가공대(130)의 바닥면에서 길이방향을 따라 이동가능하게 구비된다.
그리고, 상기 그라인딩유닛(140)에는 모터에 의해 300rpm으로 회전되는 팁가공날(150)이 구비된다.
이 경우, 상기 팁가공날(150)은 그라인더로서 인조다이아몬드를 포함한 고경도 텅스텐 소재를 커팅하는 원판형 칼날이며, 반드시 일정각도를 갖고 경사지게 배치되어야 한다.
이것은 용접팁의 경사각을 가공하기 위한 것이다.
뿐만 아니라, 상기 작업대(120)와 가공대(130) 사이에는 고정대(160)가 설치된다.
상기 고정대(160)에는 도 3의 (a)와 같은 커팅실린더(162)와, 상기 커팅실린더(162)로부터 출몰되는 실린더로드(164)와, 상기 실린더로드(164)의 상단에 고정된 커팅모터(166) 및 상기 커팅모터(166)에 결합되어 회전되는 원판형태의 다이커터(168)가 구비된다.
이때, 상기 다이커터(168)는 앞서 설명한 팁가공날(150)과 같이 인조다이아몬드 입자가 박힌 원형칼날로서 수mm 두께를 가지며, 텅스텐과 같은 고경도 물질을 커팅하는데 사용되는 전용 칼날이다.
뿐만 아니라, 상기 고정대(160)의 상면에는 서로 간격을 둔 한 쌍의 파지구(170)가 고정되는데, 상기 파지구(170)는 'U' 형상으로 이루어져 가공대상 용접팁 재료(WD)가 안착 지지되어 용접팁 형성을 위한 그라인딩시 유동되지 않도록 붙잡아 주는 역할을 담당한다.
아울러, 상기 회전대(100)와 파지구(170) 사이의 위치 상방에는 하방으로 인출입되면서 상기 가공대상 용접팁 재료(WD)를 선택적으로 고정하는 고정구(180)가 더 설치되며, 상기 고정구(180)는 '∩'형상을 갖고 고정구작동실린더(182)에 의해 상하 이동가능하게 구성되어 하강시 가공대상 용접팁 재료(WD)를 누를 수 있게 된다.
따라서, 커팅시 고정구(180)는 상부에서 눌러주고, 파지구(170)는 하부에서 지지하므로 가공대상 용접팁 재료(WD)를 쉽게 커팅할 수 있게 된다.
이것이 중요한 이유는 커팅된 단부에 또다른 용접팁이 형성되어야 하기 때문이며, 이러한 이유로 가공대상 용접팁 재료(WD)는 커팅시 흔들림이 없어야 하고, 커팅시 가공대상 용접팁 재료(WD)는 당연히 회전이 정지된 상태여야 한다.
또한, 상기 가공대상 용접팁 재료(WD)의 선단, 즉 용접팁이 형성되는 부위의 직상방에는 용접팁의 표면조도를 촬상하기 위한 카메라(200)와, 상기 카메라(200)가 촬상한 이미지를 저장하는 메모리를 포함한 컨트롤러(210)가 구비되며, 상기 컨트롤러(210)의 메모리에는 기준 영상, 즉 기준 이미지가 저장되어 있어 촬상된 이미지와 비교함으로써 유사도 정도를 판독할 수 있다.
이를 위해, 상기 카메라(200)는 스테레오 카메라를 사용해야 하며, 유사도 판독은 획득된 이미지로부터 포인트 클라우드 데이터를 추출하여 기준 이미지와 비교함으로써 아주 짧은 시간내에 유사도 정도를 판독할 수 있다.
이때, 포인트 클라우드와 유사도 측정 알고리즘은 공지된 기법으로서, 간략히 부연하자면, 포인트 클라우드란 3차원 공간의 점(point)들로 이루어져 있으며, 3D 모델의 표면을 나타내는데, 이와 같이 포인트 클라우드는 많은 수의 점을 활용하여 3차원 개체를 표현하는 방식을 사용하며, 3차원 개체 구성시 표면 재구축이 필요하지 않다는 점, 비정형 개체의 표현이 자유롭다는 점 등 여러 가지 장점이 있다.
이러한 포인트 클라우드 데이터는 정점 정보, 속성 정보로 이루어지며, 정점 정보는 x,y,z와 같이 3개의 축으로 이루어진 좌표 값(x,y,z)로 표현 가능하고 속성정보(a1,a2,a3, ...)에는 RGB 또는 YUV와 같은 색상 정보와 법선 벡터(vector) 정보, 반사율 정보 등 다양한 정보가 있으며 각 정보에 따라 알맞은 유형의 값으로 표현 가능하다.
특히, 포인트 클라우드 데이터는 PLY 파일 형식(Polygon File Format 또는 Stanford Triangle Format)으로 저장되며, 일반적으로 PLY 파일은 ASCII 코드 또는 이진 데이터, 이렇게 두 가지 유형으로 저장되며, 포인트 클라우드 파일 헤더는 파일 포맷, 속성 정보 및 타입, 정점 개수, 면(face) 개수 등으로 구성되고, 스테레오 카메라(200)를 통해 얻을 수 있다.
따라서, 이러한 포인트 클라우드 데이터로부터 획득된 포인트 클라우드 데이터를 픽셀 정보를 이용한 공지된 유사도 측정 알고리즘을 활용하면 이미 알고 있는 기준 이미지의 포인트 클라우드 데이터와 비교함으로써 유사도 여부를 확인할 수 있다.
또한, 상기 가공대(130)의 수직부분에는 도 3의 (b)와 같은 취출실린더(300)가 취출대(310)를 승강시킬 수 있도록 구성된다.
이때, 상기 취출대(310)는 일종의 경사 가이드로서 커팅된 용접팁을 낙하 수납받아 안전하게 배출하기 위한 것이다.
이러한 취출대(310)는 상기 가공대(130)의 길이방향과 직교되는 방향, 즉 도시상 전방으로 배열됨으로써 다른 장비들과의 간섭이 발생하지 않도록 설치된다.
덧붙여, 도 4에서와 같이, 최초 봉상으로 세팅된 가공대상 용접팁 재료(WD)는 1차 가공 후 커팅, 2차 가공 후 커팅, 3차 가공 후 커팅 등과 같이 다수회 커팅과 용접팁 형성을 위한 그라인딩이 이루어지면 하나의 가공대상 용접팁 재료(WD)를 가지고 자동용접기에 장착할 수 있는 최소 길이로 잘라 만듦으로써 다수의 용접팁을 가공할 수 있어 비용절감과 효율화를 꾀할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에서는 팁가공날(150)이 일정경사를 갖고 직선 왕복운동하면서 용접팁을 그라인딩하여 가공하기 때문에 도 4의 (b)와 같은 그라인딩 무늬, 즉 표면조도를 형성할 수 있게 되어 통상 수가공시 도 4의 (a)와 같은 표면조도 형성에 따른 용접 불량을 야기하는 원인 자체를 제거할 수 있어 가공 품질도 월등히 향상된다.
이와 같은 장비를 이용하여 봉상의 가공대상 용접팁 재료(WD)가 세팅된 후 가공위치로 이동하는 단계를 거친다.
그러면, 가공대상 용접팁 재료(WD)의 선단이 아직 원추형태로 가공되지 않은 원기둥 형태를 가진 상태에서 카메라(200)의 직하방에 위치하게 된다.
또한, 이 상태는 가공대상 용접팁 재료(WD)의 길이 일부가 한 쌍의 파지구(170) 상에 안착되어 있는 상태이다.
때문에, 가공을 위해 회전대(100)를 회전시키더라도 상기 가공대상 용접팁 재료(WD)의 떨림은 극소화된다.
이렇게, 회전대(100)를 150rpm으로 회전시키고 있는 상태에서 그라인딩유닛(140)을 이동시켜 그라인더, 즉 300rpm으로 회전되는 팁가공날(150)로 가공대상 용접팁 재료(WD)의 선단을 원추형상으로 그라인딩하여 용접팁을 형성하는 단계가 수행된다.
이후, 용접팁 형성이 완료되면 회전대(100)의 회전을 정지시킨 상태에서 카메라(200)로 용접팁 표면을 촬상하여 기준 이미지와 유사도 여부를 비교판독하고, 판독결과 유사도가 소정의 오차범위 내라면 양호로 판정되고, 그 외라면 불량으로 판단된다.
만약, 불량으로 판단되면 다시 그라인딩하는 과정을 거치게 되고, 양호로 판단된 경우에는 고정구(180)를 하강시켜 가공대상 용접팁 재료(WD)를 고정하고, 동시에 취출대(310)를 상승시킨다.
그런 다음, 다이커터(168)를 상승시켜 용접팁을 제외한 용접팁으로부터 일정거리 떨어진 지점을 커팅함으로써 하나의 용접팁을 만들 수 있게 되고, 이렇게 만들어진 용접팁은 취출대(310)를 타고 한 쪽으로 모이게 된다.
그리고, 커팅이 완료되면 취출대(310)가 하강하고 동시에 고정구(180)도 상승하며, 연속 작업이 수행될 경우라면 고정블럭(110)이 일정거리 이동하여 커팅된 단부에 다시 용접팁을 형성하기 위한 상술한 단계가 반복 수행된다.
아울러, 더 이상 작업이 없다면 그 상태로 작업은 종료된다.
이와 같이, 본 발명은 기존처럼 낭비가 너무 심하고 고가의 비용을 지불해야만 했던 용접팁을 하나의 용접팁 재료로부터 이를 분할 커팅하고 그라인딩하여 다수개로 만들 수 있어 비용절감, 효율화 등의 많은 잇점을 얻을 수 있다.
덧붙여, 상기 파지구(170)는 가공대상 용접팁 재료(WD)와 접촉되는 부재이므로 표면에 대한 강한 슬립성, 즉 표면활성을 확보해야 하고, 나아가 내화학성과 내구성도 강해야 한다.
이를 위해, 본 발명에서는 상기 파지구(170)의 표면에 강화코팅층이 더 형성된다.
이때, 상기 강화코팅층은 딥핑 방식으로 코팅되며, 특히 바람직하기로는 나노 디펜스 코팅법이 좋다.
이러한 강화코팅층은 육수화질산아연(Zn(NO3)2ㆍ6H2O) 4.5중량%, 0.1㎛ 미만의 입도를 갖는 알로펜(Allophane) 분말 3.5중량%와, 폴리우레탄수지를 데실에테르로 수용화시킨 수지액 10.5중량%와, 아세트산나트륨(CH3COONaㆍ3H2O) 3.5중량%와, 포름산 2.5중량%와, 0.1㎛ 미만의 입도를 갖는 산화지르코늄 분말 5.5중량%와, 티오시안구리 4.5중량%와, MEHEC(methylethylhydroxyethylcelluloe) 4.5중량%와, 수지-실리카 복합물 10.5중량%와, Ti를 함유한 폴리실록산 15.5중량% 및 나머지 폴리카보네이트 수지로 이루어진 코팅액이 코팅되어 형성된다.
여기에서, 육수화질산아연은 공융점 형성에 따른 열보지력을 높여 내열 안정성을 강화시키기 위해 첨가되고, 알로펜 분말은 화산재의 풍화과정에서 생기는 점토광물로서 예외적으로 결정구조를 갖지 않는 이른 바 비정질점토 분말로서 VOC 저감효과를 높이기 위해 첨가되며, 폴리우레탄수지를 데실에테르로 수용화시킨 수지액은 접착고성성과 내후성을 유지하기 위해 사용된다.
그리고, 아세트산나트륨은 공융점 형성에 따른 축열성을 강화시켜 내구성과 내열성을 증대시키기 위해 첨가되며, 포름산은 수산에 글리세린을 가해 제조되기 때문에 이물 용해력이 커 산세탁을 통해 파이프 표면을 개질함으로써 부착력을 강화시키기 위해 첨가된다.
또한, 산화지르코늄 분말은 무정형 백색 분말로서 융점이 2.677℃, 밀도가 5.6g/cm3, 모스경도 7에 이르는 일종의 세라믹스로서 경도를 높여 내마모도를 강화시키기 위해 첨가되며, 티오시안구리는 구리계 방오제로서 이물부착성을 억제하기 위해 첨가되고, MEHEC(methylethylhydroxyethylcelluloe)는 무수 글루코오즈 단량체 사슬로 이루어진 셀룰로오즈 유도체로서 표면활성 및 화학저항성을 강화시키기 위해 첨가된다.
아울러, 수지-실리카 복합물은 콜로이달 실리카와 아크릴릭 폴리머가 1:1의 중량비로 혼합된 혼합액에 침지시킨 상태에서 600-800℃의 온도로 가열하여 아크릴과 실리카에 존재하는 하이드록시 그룹(OH)의 축합에 따른 수지-실리카 복합물 형태를 갖도록 한 것이다.
이때, 축합반응은 다음과 같이 이루어지며, 피막밀착성과 조직 치밀도가 급격히 향상된다.
-콜로이달 실리카: -(HO-Si-OH-)n
-아크릴릭 폴리머: CH2CCH3CO-OH
-(HO-Si-OH-)n + CH2CCH3CO-OH = -(HO-Si-O-CH2CCH3CO)-n + H2O
그리고, 폴리실록산은 수지와 금속 파이프 표면 사이의 밀착력과 부착력을 극대화시키기 위해 첨가된다.
이는 폴리실록산의 경우,
Figure 112018007245315-pat00001
와 같은 구조를 갖기 때문에 코팅액에 존재하는 O-Si-O 결합조직에서 Si-O의 말단 O와 Al 및 폴리실록산에 함유된 Ti가 반응하여 강한 부동태막을 형성하게 되는데, 즉 Si-O-Ti로 이루어진 결합과, Al-O-Ti로 이루어진 결합이 강력한 결합력을 제공하여 고내식성을 유지하고, 높은 부착력을 구현시킬 수 있게 된다.
아울러, 폴리카보네이트 수지는 고투명성 및 고경도, 강도 유지 및 내구성 향상을 위해 첨가된다.
이러한 코팅층을 갖는 파이프의 표면 상태를 확인하기 위해 먼저 내수성을 테스트하였다.
내수성 테스트는 시편 파이프를 항온수조(60℃)에 침적하고, 500시간 단위로 표면 상태를 검사하였으며, 그 결과 미세백화나 크랙, 백청 등이 전혀 발생하지 않았다.
또한, 내열 안정성을 확인하기 위해 시료 파이프를 비이커에 넣고 밀봉(60℃)한 다음 5일간 드라이오븐(Dryoven)에 방치한 후 상태를 측정하였으며, 그 결과 겔화 등 아무런 표면 반응이 없었다.
뿐만 아니라, 내식성을 확인하기 위해 시료 파이프를 KS-D-9502(기준 240hr) 염수분무실험법에 따라 테스트하였고, 그 결과는 백청 발생없이 양호하였다.
아울러, 내마모성 특성을 확인하기 위해, ASTM D3389에 따른 내마모도 시험을 수행하였다. 시험결과, 3등급으로 판정되어 우수한 내마모성이 있는 것으로 확인되었다. 이때, 내마모도 시험 등급은 5등급까지 구분되며, 1등급 이하는 불합격으로 판정하였다.
또한, 수세미에 물을 적신 후 코팅면에 올려 놓고 5kg의 중량물을 올린 후 좌우로 30cm 이상 20회 왕복 후 코팅막의 탈락이 발생하는지를 확인하였다. 실험결과, 코팅막의 탈락이 발견되지 않았다.
뿐만 아니라, 경도 테스트를 위해 코팅막 표면에 9H 연필을 45도 각도로 세워 코팅막을 밀었을 때 스크래치 여부를 확인하여 경도를 측정했는데, 연필경도 9H를 초과하였다. 이때, 연필경도 9H는 모스경도값으로 6에 해당하므로 본 발명의 경도는 모스경도값으로 6을 초과하여 대략 7에 이르는 고경도이므로 본 발명의 코팅층으로서 손색이 없음을 확인하였다.
100: 회전대
200: 카메라
300: 취출실린더

Claims (2)

  1. 용접팁 재료(WD)의 일단을 고정하는 회전대(100)를 구비하고, 상기 회전대(100)는 고정블럭(110) 상에 구동원을 통해 150rpm으로 회전되게 고정되며, 상기 고정블럭(110)은 작업대(120) 상에 볼스크류를 통해 직선왕복운동 가능하게 조립되고, 상기 작업대(120)의 전방에는 간격을 두고 'L'형상의 블럭인 가공대(130)가 설치되며, 가공대(130)의 바닥면에는 그라인딩유닛(140)이 볼스크류 결합되어 길이방향을 따라 이동가능하게 구비되고, 상기 그라인딩유닛(140)에는 300rpm으로 회전되는 팁가공날(150)이 구비되며, 상기 팁가공날(150)은 인조다이아몬드를 포함한 고경도 텅스텐 소재를 커팅하는 원판형 칼날로서 일정각도를 갖고 경사지게 배치되고, 상기 작업대(120)와 가공대(130) 사이에는 고정대(160)가 설치되며, 상기 고정대(160)에는 커팅실린더(162)와 상기 커팅실린더(162)로부터 출몰되는 실린더로드(164)와 상기 실린더로드(164)의 상단에 고정된 커팅모터(166) 및 상기 커팅모터(166)에 결합되어 회전되는 원판형태의 다이커터(168)가 구비되고, 상기 고정대(160)의 상면에는 서로 간격을 둔 한 쌍의 파지구(170)가 고정되며, 상기 파지구(170)는 'U' 형상으로 이루어져 가공대상 용접팁 재료(WD)를 고정하고, 상기 회전대(100)와 파지구(170) 사이의 위치 상방에는 하방으로 인출입되면서 상기 가공대상 용접팁 재료(WD)를 선택적으로 고정하는 고정구(180)가 더 설치되며, 상기 고정구(180)는 '∩'형상을 갖고 고정구작동실린더(182)에 의해 상하 이동가능하게 구성되어 하강시 가공대상 용접팁 재료(WD)를 누를 수 있게 구성되고, 상기 가공대상 용접팁 재료(WD)의 선단 직상방에는 용접팁의 표면조도를 촬상하기 위한 카메라(200)와 상기 카메라(200)가 촬상한 이미지를 저장하는 메모리를 포함한 컨트롤러(210)가 구비되며, 상기 카메라(200)는 스테레오 카메라이고, 상기 가공대(130)의 수직부분에는 취출실린더(300)가 경사 가이드인 취출대(310)를 승강시킬 수 있도록 구성되는 설비를 이용하여 반도체 배관 용접용 용접팁을 가공하는 방법에 있어서;
    봉상의 용접팁 재료(WD) 일단을 회전대(100)에 고정하는 세팅단계; 회전대(100)를 이동시켜 세팅된 가공대상 용접팁 재료(WD)가 가공위치의 'U'형 파지구(170)에 안착되게 하는 배치단계; 용접팁 재료(WD)가 가공위치에 배치되면 그라인딩유닛(140)으로 그라인딩하여 용접팁을 형성하는 단계; 그라인딩이 완료된 용접팁의 표면조도를 확인하기 위해 용접팁 표면을 카메라(200)로 촬영하는 단계; 촬영된 영상을 컨트롤러(210)가 기준 영상과 비교 판독하는 단계; 판독결과 기준 영상에 미달하면 용접팁 형성단계로 복귀하여 다시 그라인딩하고, 기준 영상에 도달하면 가공품을 파지함과 동시에 취출실린더(300)가 취출대(310)를 상승시키는 단계; 가공품이 파지되면 용접팁과 간격을 둔 지점의 가공품을 다이커터(168)로 커팅하는 단계; 커팅이 완료되면 취출대(310)를 하강하고, 파지를 해제하는 단계; 파지가 해제되면 작업종료 여부를 확인하여 연속작업이면 가공위치 이동단계로 복귀하고, 마감작업이면 작업상태를 완전히 종료하는 단계;로 이루어지며,
    상기 파지구(170)의 슬립성, 내화학성과 내구성를 높이기 위해 상기 파지구(170)의 표면에 강화코팅층을 더 형성하되,
    상기 강화코팅층은 육수화질산아연(Zn(NO3)2ㆍ6H2O) 4.5중량%, 0.1㎛ 미만의 입도를 갖는 알로펜(Allophane) 분말 3.5중량%와, 폴리우레탄수지를 데실에테르로 수용화시킨 수지액 10.5중량%와, 아세트산나트륨(CH3COONaㆍ3H2O) 3.5중량%와, 포름산 2.5중량%와, 0.1㎛ 미만의 입도를 갖는 산화지르코늄 분말 5.5중량%와, 티오시안구리 4.5중량%와, MEHEC(methylethylhydroxyethylcelluloe) 4.5중량%와, 수지-실리카 복합물 10.5중량%와, Ti를 함유한 폴리실록산 15.5중량% 및 나머지 폴리카보네이트 수지로 이루어진 코팅액이 코팅되어 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 배관 용접용 용접팁 가공방법.
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